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KR20240028595A - 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박 Download PDF

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KR20240028595A
KR20240028595A KR1020220106500A KR20220106500A KR20240028595A KR 20240028595 A KR20240028595 A KR 20240028595A KR 1020220106500 A KR1020220106500 A KR 1020220106500A KR 20220106500 A KR20220106500 A KR 20220106500A KR 20240028595 A KR20240028595 A KR 20240028595A
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KR
South Korea
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liquefied gas
storage tank
refrigerant
gas
expander
Prior art date
Application number
KR1020220106500A
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English (en)
Inventor
한재식
Original Assignee
에이치디현대중공업 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 가스 처리 시스템에 관한 것으로, 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크; 상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축하여 수요처에 공급하는 메인 압축기; 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 배출하는 액화가스 공급라인; 및 상기 액화가스 공급라인에 구비되어 액화가스의 온도를 조절하는 쿨링부; 상기 쿨링부는, 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스와 냉매를 열교환시켜 액화가스 저장탱크의 액화가스의 온도를 조절하는 열교환기; 냉매를 압축하는 컴프레서; 및 냉매를 수용하거나 배출하여, 상기 쿨링부에서 순환하는 냉매의 양을 조절하는 팽창베슬;을 포함할 수 있다.

Description

가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박{Gas treatment system and ship having the same}
본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 몇천 개 이상의 컨테이너 등을 싣고 대양을 항해하는 운송수단으로서, 강철로 이루어져 있고 부력에 의해 수선면에 부유한 상태에서 프로펠러의 회전을 통해 발생되는 추력을 통해 이동한다.
이러한 선박은 엔진을 구동함으로써 추력을 발생시키는데, 이때 엔진은 가솔린 또는 디젤을 사용하여 피스톤을 움직여서 피스톤의 왕복운동에 의해 크랭크 축이 회전되도록 함으로써, 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로펠러가 구동되도록 하는 것이 일반적이었다.
그러나, 추진 연료로서 HFO 또는 MFO와 같은 중유를 사용하는 경우, 배기가스에 포함된 각종 유해물질로 인한 환경오염이 심각하기 때문에, 중유를 연료유로 사용하는 경우에 대한 규제가 강화되고 있고, 이러한 규제를 만족 시키기 위한 비용이 점차 증가하고 있다.
이에 따라 선박의 연료로서, 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화천연가스(Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 액화가스를 사용하는 기술의 개발이 이루어지고 있다.
이와 같은 액화가스는 액상으로 액화가스 저장탱크에 저장되는데, 액화천연가스는 액화에 의해 1/600의 부피로 줄어들고, 액화석유가스는 액화에 의해 프로판은 1/260, 부탄은 1/230의 부피로 줄어들어 저장 효율이 높다는 장점이 있다.
그러나 이러한 액화가스는 -50도씨 이하의 극저온으로 저장되므로, 외부 열침투에 의해 증발가스가 발생하는 등의 문제가 있는바, 액화가스를 안정적으로 저장하고 처리하기 위한 기술이 지속적으로 연구 개발되고 있다.
종래에는, 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 재액화시켜 액화가스 저장탱크로 리턴시키거나, 엔진 등의 수요처에서 소비하는 방식으로 액화가스의 증발가스를 처리하였으나, 이러한 방식으로 액화가스를 처리하는 경우 수요처로 공급되는 액화가스의 압력을 일정하게 유지하기 어려웠다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 잉여 증발가스가 발생되지 않도록 하여, 환경 오염이 발생되지 않도록 하기 위한 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 가스 처리 시스템은, 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크; 상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축하여 수요처에 공급하는 메인 압축기; 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 배출하는 액화가스 공급라인; 및 상기 액화가스 공급라인에 구비되어 액화가스의 온도를 조절하는 쿨링부; 상기 쿨링부는, 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스와 냉매를 열교환시켜 액화가스 저장탱크의 액화가스의 온도를 조절하는 열교환기; 냉매를 압축하는 컴프레서; 및 냉매를 수용하거나 배출하여, 상기 쿨링부에서 순환하는 냉매의 양을 조절하는 팽창베슬;을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 메인 압축기와 상기 수요처 사이에 구비되는 제1 압력센서; 상기 팽창베슬의 전단에는 제1 팽창베슬밸브가 구비되고, 상기 팽창베슬의 후단에는 제2 팽창베슬밸브가 구비되고, 상기 제1 압력센서는, 상기 제1 팽창베슬밸브 및 상기 제2 팽창베슬밸브로 제어신호를 보내, 상기 제1 팽창베슬밸브 또는 상기 제2 팽창베슬밸브의 개폐를 조절할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 팽창베슬밸브 또는 상기 제2 팽창베슬밸브는, 상기 제1 압력센서에서 측정되는 압력과 상기 수요처에서 요구하는 압력에 따라 개폐가 조절될 수 있다.
구체적으로, 상기 쿨링부는, 냉매를 팽창시켜 냉매의 온도를 낮추는 팽창기; 및 상기 팽창기를 우회하는 팽창기우회라인;을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크에는 제2 압력센서가 구비되고, 상기 팽창기우회라인에는 팽창기우회밸브가 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 팽창기우회밸브는, 상기 제2 압력센서에서 측정되는 압력과 상기 수요처에서 요구하는 압력에 따라 개폐가 조절될 수 있다.
구체적으로, 상기 팽창기우회밸브는, 상기 팽창기와 상기 열교환기 사이에 구비된 온도센서에서 측정되는 냉매의 온도에 따라 개폐가 조절될 수 있다.
본 발명에 따른 선박은 상기 가스 처리 시스템을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 가스 처리 시스템은 수요처로 공급되는 잉여 증발가스가 발생되지 않도록 하여, 환경 오염이 발생되지 않도록 할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 가스 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
이하에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 “구비”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
이하에서, 액화가스는 액화천연가스(LNG) 또는 액화석유가스(LPG), 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 가열이나 가압에 의해 액체 상태가 아닌 경우 등도 편의상 액화가스로 표현할 수 있다. 이는 증발가스도 마찬가지로 적용될 수 있다. 또한 LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 천연가스(NG)를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
이하에서, 고압(HP: High pressure), 저압(LP: Low pressure), 고온 및 저온은 상대적인 것으로서, 절대적인 수치를 나타내는 것은 아님을 알려둔다.
이하에서, 제1, 제2 등과 같은 표현은 본 발명에서 특정 구성이 복수 개로 마련되는 것을 지칭하기 위한 것으로, 각각의 표현은 복수 개의 구성 중 어느 하나를 지칭하는 것일 수 있다. 제1, 제2 등의 표현이 부가되지 않은 경우, 해당 구성은 제1, 제2 등의 표현이 부가된 구성을 모두 포괄하는 개념일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 가스 처리 시스템과 본 발명의 가스 처리 시스템의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 종래의 가스 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하여 보면, 종래의 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 메인 압축기(20) 및 수요처(30)를 포함할 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는, 수요처(30)에 공급될 액화가스를 저장한다. 이때, 액화가스 저장탱크(10)는 액체상태의 액화가스를 보관할 수 있고, 압력 탱크 형태를 가질 수 있다. 액화가스 저장탱크(10)는 복수 개로 마련될 수 있으며, 복수 개 이상이 나란히 배치될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는 단열 구조로 되어 있지만, 외부로부터 액화가스 저장탱크(10)로 열이 들어가면 액화가스 저장탱크(10) 내에 저장되어 있는 액화가스가 따뜻해져 그 일부가 증발한다. 이 증발된 액화가스는, 증발가스(BOG; Boil off gas)로서 액화가스 저장탱크(10) 내에 저장되어 있는 액상의 액화가스의 액면의 상부 공간에 저장된다.
액화가스 저장탱크(10)에는, 액상의 액화가스를 외부로 빼내어 액화가스를 액화시켜 액화가스 저장탱크(10)로 리턴시킬 수 있는 액화가스 리턴라인(L1) 및 액상의 액화가스를 수요처(30)로 공급할 수 있는 액화가스 공급라인(L4)이 구비될 수 있다. 액화가스 저장탱크(10) 내에 구비된 리턴펌프(11)는 액화가스 리턴라인(L1)으로 액화가스를 공급할 수 있고, 공급펌프(12)는 액화가스 공급라인(L4)으로 액화가스를 공급할 수 있다.
상기 리턴펌프(11) 및 공급펌프(12)는 액화가스 저장탱크(10) 내에 구비되는 것으로 기재하였으나, 상기 리턴펌프(11) 및 공급펌프(12)는 액화가스 저장탱크(10) 외부에 구비될 수 있고, 상기 공급펌프(12)는 스프레이펌프일 수 있다.
또한, 액화가스 저장탱크(10)에는, 액화가스 저장탱크(10)의 상부 공간에 저장되어 있는 증발가스를 액화가스 저장탱크(10) 외부로 빼낼 수 있는 증발가스 공급라인(L2)이 액화가스 저장탱크(10)의 상부에 구비될 수 있다. 증발가스는 증발가스 공급라인(L2)을 통해 수요처(30)로 전달될 수 있다.
증발가스가 증발가스 공급라인(L2)을 통해 수요처(30)로 전달될 때 증발가스는 메인 압축기(20)를 통과할 수 있다. 증발가스는 메인 압축기(20)를 통과하며 압력이 상승하여 수요처(30)에서 요구하는 압력 상태가 될 수 있다.
수요처(30)는 메인 추진 장치로서 이중 연료 연소(Dual Fuel, DF) 엔진, 액화가스가 선박 내에서 필요한 전기를 생성하는 발전용 엔진 또는 증발가스를 태우는 GCU(Gas Combustion Unit)를 포함할 수 있다.
선박이 느린 속도로 운항하는 경우와 같이, 수요처(30)에서 필요한 증발가스의 양보다 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스의 양이 더 많은 경우, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스의 양을 줄일 필요가 있다.
액화가스 저장탱크(10)의 온도를 낮춰 증발가스의 발생량을 줄일 수 있는데, 종래의 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10) 내 액상의 액화가스를 액화가스 리턴라인(L1)을 통해 쿨링부(40)로 공급하고, 상기 쿨링부(40)에서 상기 액화가스를 냉각시켜 액화가스 저장탱크(10)로 리턴시켜 액화가스의 온도를 낮출 수 있다.
쿨링부(40)는, 제1 열교환기(41), 제2 열교환기(42), 컴프레서(43), 인터쿨러(44), 터보컴프레서(45), 애프터쿨러(46) 및 팽창기(47)를 포함한다. 냉매는 상기 쿨링부(40)를 순환하면서 냉각되고, 제1 열교환기(41)는 액화가스 저장탱크(10)에서 전달되는 액상의 액화가스를 냉각할 수 있다.
제2 열교환기(42)에서는, 제1 열교환기(41)로부터 전달된 냉매와 애프터쿨러(46)로부터 전달되는 냉매가 열교환된다. 제2 열교환기(42)로부터 전달된 냉매는 컴프레서(43)에서 1차로 압축되고, 인터쿨러(44)에서 1차로 냉각된 후, 터보컴프레서(45)에서 2차로 압축되고, 애프터쿨러(46)에서 2차로 냉각된 후에, 팽창기(47)로 전달된다. 팽창기(47)에서 냉매가 팽창되면서 냉매는 냉각된다. 상기 냉매는 다시 제1 열교환기(41)로 전달되어, 액화가스 저장탱크(10)에서 전달되는 액상의 액화가스가 과냉각될 수 있다.
이와 같은 종래의 가스 처리 시스템(1)은, 증발가스를 처리하는 수요처(30)에서 필요로 하는 증발가스의 양을 정확하게 알 수 없으므로, 필요한 양보다 많은 증발가스가 수요처(30)로 전달될 수 있으며, 이로 인해 에너지 낭비가 발생할 수 있다.
한편, 종래의 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10) 내 액상의 액화가스를 액화가스 공급라인(L4)을 따라 강제 기화기(50)로 전달할 수 있다. 상기 강제 기화기(50)는, 스팀 등을 이용하여 액화가스를 기화시킬 수 있다.
상기 액화가스 공급라인(L4)은 기액분리기(60)와 연결되며, 액상의 액화가스는 기액분리기(60)에서 분리되어 액화가스 저장탱크(10)로 리턴되고, 기상의 액화가스는 기액분리기(60)에서 분리되어 메인 압축기(20)를 거쳐 수요처(30)로 공급될 수 있다.
강제 기화기(50)에서 발생된 기상의 액화가스는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스와 함께 증발가스 공급라인(L2)과 수요처 라인(L3)을 따라서 수요처(30)로 공급될 수 있다. 다만, 강제 기화기(50)를 가동하는 경우에 스팀을 생성하기 위해서 추가 가동 비용이 들어가며, 수요처(30)에서 요구하는 액화가스의 양에 맞춰 기상의 액화가스를 생성하기 어려워 기상의 액화가스를 수요처(30)에서 요구하는 액화가스보다 더 많이 생성할 수 밖에 없고, 이에 따라 에너지 낭비가 발생할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1의 가스 처리 시스템(1)에서 설명한 내용과 동일한 내용은 이하에서 생략될 수 있다.
도 2를 참고하여 보면, 본 발명의 가스 처리 시스템(2)은, 액화가스 저장탱크(100), 메인 압축기(200) 및 수요처(300)를 포함할 수 있다. 액화가스 저장탱크(100) 내 액화가스는 공급펌프(110)에 의해 기액분리기(600)로 전달될 수 있다. 기액분리기(600)에서 기상의 액화가스는 메인 압축기(200)에서 가압되어 수요처(300)로 공급될 수 있고, 액상의 액화가스는 액화가스 저장탱크(100)로 리턴될 수 있다.
공급펌프(110)는 액화가스 저장탱크(100) 내에 구비되는 것으로 기재하였으나, 공급펌프(110)는 액화가스 저장탱크(10) 외부에 구비될 수 있고, 상기 공급펌프(110)는 스프레이펌프일 수 있으며, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
쿨링부(400)는, 열교환기(410), 컴프레서(420), 팽창베슬(430) 및 팽창기(440)를 포함할 수 있다. 냉매는 상기 쿨링부(400)를 순환하면서 냉각되고, 열교환기(410)에서 액화가스 저장탱크(100)로부터 전달되는 액상의 액화가스가 과냉각되어 상기 액화가스 저장탱크(100)로 리턴될 수 있다.
열교환기(410)에서는, 액화가스 저장탱크(100)에서 전달되는 액상의 액화가스와 팽창기(440)에서 배출되는 냉매 사이에서 열교환이 일어날 수 있으며, 팽창기(440)에서 배출되는 냉매와 컴프레서(420)에서 배출되는 냉매 사이에서 열교환이 일어날 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 냉매는 쿨링라인(L90)을 따라 컴프레서(420)로 전달되고, 상기 컴프레서(420)에서 배출되는 냉매는 열교환기라인(L92)을 따라 열교환기(410)로 전달되거나, 제1 팽창기라인(L93)을 따라 팽창기(440)로 전달될 수 있다.
냉매는 컴프레서(420)에서 압축되며 가열된 후, 팽창기(440)로 전달되어 팽창기(440)에서 팽창되며 냉각될 수 있다. 열교환기라인(L92)을 따라 전달된 냉매는 팽창기(440)에 들어가기 전에 팽창기(440)에서 배출되는 냉매와 열교환하며 예냉될 수 있다.
팽창기(440)에서 나온 냉매는 액화가스 저장탱크(100) 내 액상의 액화가스와 열교환하여 상기 액화가스를 냉각할 수 있다.
한편, 수요처(300)에서 필요로 하는 액화가스의 압력보다 메인 압축기(200)에서 배출되는 액화가스의 압력이 낮은 경우에, 이는 수요처(300)에서 필요로 하는 액화가스가 충분히 공급되지 않는 것이며, 수요처(300)에서 필요로 하는 액화가스의 압력보다 메인 압축기(200)에서 배출되는 액화가스의 압력이 높은 경우에, 이는 수요처(300)에서 필요로 하는 액화가스보다 과잉의 액화가스가 공급되고 있는 것이다. 이에 따라 메인 압축기(200)에서 배출되는 액화가스의 양을 수요처(300)에서 필요로 하는 액화가스에 맞출 필요가 있다.
따라서, 메인 압축기(200)에서 배출되는 기상의 액화가스를 측정하기 위한 제1 압력센서(First Pressure element, PE1)가 메인 압축기(200)와 수요처(300) 사이에 구비될 수 있다.
이하에서는, 제1 압력센서(PE1)가 메인 압축기(200)에서 배출되는 액화가스의 양을 수요처(300)에서 필요로 하는 액화가스에 맞추는 과정을 설명한다. 수요처(300)에서 필요로 하는 액화가스의 양은 미리 설정될 수 있으며, 선박의 운항 조건 등에 따라서 달라질 수 있다.
제1 압력센서(PE1)는 제1 팽창베슬밸브(V10) 및 제2 팽창베슬밸브(V20)와 연결되어, 제1 압력센서(PE1)에서 측정되는 압력이 수요처(300)에서 요구하는 압력으로 유지될 수 있도록, 제1 팽창베슬밸브(V10) 또는 제2 팽창베슬밸브(V20)로 개폐를 조절하는 제어신호를 보낼 수 있다.
수요처(300)에서 필요로 하는 액화가스의 압력보다 메인 압축기(200)에서 배출되는 액화가스의 압력이 낮은 경우에, 메인 압축기(200)로 전달되는 액화가스의 양을 늘려야 하므로, 열교환기(410)에서 액화가스가 덜 냉각되도록 해야 한다. 이를 위해서, 쿨링부(400)를 순환하는 냉매의 양을 줄일 수 있다.
따라서, 제1 압력센서(PE1)는 제1 팽창베슬밸브(V10)를 폐쇄하고, 제2 팽창베슬밸브(V20)를 개방하여, 팽창베슬(430)에서 냉매가 저장될 수 있도록 한다. 쿨링부(400)를 순환하는 냉매의 양이 줄어들어 열교환기(410)에서 액화가스가 덜 냉각될 수 있고, 그에 따라 액화가스의 증발량이 많아져 메인 압축기(200)로 공급되는 액화가스의 양을 늘릴 수 있다.
반대로, 수요처(300)에서 필요로 하는 액화가스의 압력보다 메인 압축기(200)에서 배출되는 액화가스의 압력이 높은 경우에, 액화가스의 낭비를 방지하기 위해 메인 압축기(200)로 전달되는 액화가스의 양을 줄여야 하므로, 열교환기(410)에서 액화가스가 더 냉각되도록 해야 한다. 이를 위해서, 쿨링부(400)를 순환하는 냉매의 양을 늘릴 수 있다.
따라서, 제1 압력센서(PE1)는 제1 팽창베슬밸브(V10)를 개방하고, 제2 팽창베슬밸브(V20)를 폐쇄하여, 팽창베슬(430)에 저장된 냉매가 팽창베슬라인(L91)을 따라 쿨링라인(L90)으로 추가 공급될 수 있다. 쿨링부(400)를 순환하는 냉매의 양이 늘어 열교환기(410)에서 액화가스가 더 냉각될 수 있고, 그에 따라 액화가스의 증발량이 줄어들어 메인 압축기(200)로 공급되는 액화가스의 양을 줄일 수 있다.
쿨링라인(L90)에는, 유량센서(Flow element, FE)가 구비될 수 있고, 상기 유량센서(FE)는 쿨링라인(L90)을 통과하는 액화가스의 양을 측정할 수 있다. 제1 압력센서(PE1)는 제1 팽창베슬밸브(V10) 및 제2 팽창베슬밸브(V20)로 제어신호를 보내, 쿨링라인(L90)에서 냉매의 유량을 제어할 수 있다. 그에 따라 메인 압축기(200)에서 배출되는 액화가스의 압력을 제어할 수 있다.
제1 팽창베슬밸브(V10) 또는 제2 팽창베슬밸브(V20)는 제1 압력센서(PE1)에서 측정된 압력에 따라서, 자동으로 개폐될 수 있으며, 사용자에 의해 수동으로 개폐될 수 있다. 수요처(300)에서 요구하는 압력이 미리 설정될 수 있고, 수요처(300)에서 요구하는 압력과 제1 압력센서(PE1)에서 측정된 압력에 따라 제1 압력센서(PE)가 제1 팽창베슬밸브(V10) 또는 제2 팽창베슬밸브(V20)로 제어신호를 전달하면, 제1 팽창베슬밸브(V10) 또는 제2 팽창베슬밸브(V20)는 자동으로 개폐될 수 있다.
본 발명의 가스 처리 시스템(2)에서, 팽창기(440)에서 나온 냉매는 액화가스 저장탱크(100) 내 액상의 액화가스와 열교환하여 상기 액화가스를 냉각할 수 있다. 본 발명의 가스 처리 시스템(2)은, 팽창기(440)로 전달되는 냉매의 양을 조절하여 액화가스 저장탱크(100) 내 액화가스의 온도를 조절하여 메인 압축기(200)에서 배출되는 액화가스의 압력을 제어할 수 있다.
냉매는 쿨링라인(L90)을 따라 컴프레서(420)로 전달되고, 상기 컴프레서(420)에서 배출되는 냉매는 열교환기라인(L92)을 따라 열교환기(410)로 전달되거나, 제1 팽창기라인(L93)을 따라 팽창기(440)로 전달될 수 있다. 이때 열교환기(410)에서 배출되는 냉매는 제2 팽창기라인(L94)을 따라 팽창기(440)로 전달되거나, 팽창기우회라인(L95)을 따라 팽창기(440)를 우회할 수 있다.
이때 팽창기(440)를 통과한 냉매는 온도가 낮아지게 되고, 팽창기(440)를 우회한 냉매는 온도가 낮아지지 않게 되므로, 팽창기(440)를 통과한 냉매가 팽창기(440)를 우회한 냉매에 비해 비교적 온도가 낮게 된다.
액화가스 저장탱크(100)에는 제2 압력센서(Second Pressure element, PE2)가 구비될 수 있고, 상기 제2 압력센서(PE2)는 액화가스 저장탱크(100)의 압력을 측정하고, 액화가스 저장탱크(100)의 압력에 따라 팽창기우회라인(L95)에 구비된 팽창기우회밸브(V30)로 제어신호를 보낼 수 있다. 제2 압력센서(PE2)는 팽창기우회밸브(V30)를 제어신호를 통해 팽창기우회밸브(V30)의 개폐를 조절할 수 있고, 그에 따라 팽창기(440)를 우회하는 냉매의 양을 조절할 수 있다. 이에 따라 냉매의 온도가 조절될 수 있고, 액화가스 저장탱크(100)의 압력이 일정 수준으로 유지될 수 있다.
팽창기(440)와 열교환기(410)를 연결하는 쿨링라인(L90)에는 온도센서(TE, Temperature element)가 구비될 수 있어, 온도센서(TE)는 열교환기(410)로 들어가는 냉매의 온도에 따라 팽창기우회라인(L95)에 구비된 팽창기우회밸브(V30)로 제어신호를 보낼 수 있다. 제2 압력센서(PE2)와 마찬가지로, 온도센서(TE)는 팽창기우회밸브(V30)를 제어신호를 통해 팽창기우회밸브(V30)의 개폐를 조절할 수 있고, 그에 따라 팽창기(440)를 우회하는 냉매의 양을 조절할 수 있다.
한편, 수요처(300)에서 필요한 액화가스의 양은 미리 설정될 수 있고, 수요처(300)에서 필요한 액화가스의 양에 맞춰서 액화가스 저장탱크(100)에서 발생되어야 하는 증발가스의 양이 설정될 수 있다.
액화가스 저장탱크(100)에서 발생되는 증발가스의 양을 수요처(300)에서 필요한 액화가스의 양에 따라 맞춰, 수요처(300)에서 낭비되는 증발가스를 줄일 필요가 있다.
본 발명의 가스 처리 시스템(2)은, 액화가스 저장탱크(100)에서 발생되는 증발가스의 양이 수요처(300)에서 필요한 액화가스의 양보다 많은 경우(제2 압력센서(PE2)에서 측정되는 압력이 수요처(300)에서 요구하는 압력보다 큰 경우), 액화가스 저장탱크(100) 내 증발가스의 양을 줄이기 위해 액화가스 저장탱크(100) 내 액화가스의 온도를 낮춰야 한다. 이를 위해 열교환기(410)에서 사용될 냉매의 온도를 낮춰야 하며. 열교환기(410)에서 사용될 냉매의 온도를 낮추기 위해서 팽창기(440)로 전달되는 냉매의 양을 늘려야 한다.
따라서, 제2 압력센서(PE2)의 압력을 낮추기 위해, 팽창기우회밸브(V30)는 폐쇄되고, 냉매는 팽창기(440)를 통과하여 열교환기(410)로 공급되며, 열교환기(410)로 도입되는 냉매의 온도가 낮아지므로, 액화가스 저장탱크(100)로 리턴되는 액화가스의 온도가 낮아질 수 있다. 결과적으로, 액화가스 저장탱크(100)의 온도는 낮아질 수 있다.
반대로, 액화가스 저장탱크(100)에서 발생되는 증발가스의 양이 수요처(300)에서 필요한 액화가스의 양보다 적은 경우(제2 압력센서(PE2)에서 측정되는 압력이 수요처(300)에서 요구하는 압력보다 작은 경우), 액화가스 저장탱크(100) 내 증발가스의 양을 늘리기 위해 액화가스 저장탱크(100) 내 액화가스의 온도를 높여야 한다. 이를 위해 열교환기(410)에서 사용될 냉매의 온도를 높여야 하며, 열교환기(410)에서 사용될 냉매의 온도를 비교적 높이기 위해서 팽창기(440)로 전달되는 냉매의 양을 줄여야 한다.
따라서, 제2 압력센서(PE2)의 압력을 높이기 위해, 팽창기우회밸브(V30)는 개방되고, 냉매는 팽창기(440)를 우회하여 열교환기(410)로 공급되며, 열교환기(410)로 도입되는 냉매는 팽창기(440)를 통과하는 냉매 대비 온도가 높아질 수 있으며, 액화가스 저장탱크(100)로 리턴되는 액화가스의 온도 또한 상대적으로 높아질 수 있다. 결과적으로, 액화가스 저장탱크(100)의 온도는 비교적 높아질 수 있다.
팽창기우회밸브(V30)는 제2 압력센서(PE2)에서 측정된 압력에 따라서, 자동으로 개폐될 수 있으며, 사용자에 의해 수동으로 개폐될 수 있다. 수요처(300)에서 요구하는 압력이 미리 설정될 수 있고, 수요처(300)에서 요구하는 압력과 제2 압력센서(PE2)에서 측정된 압력에 따라 제2 압력센서(PE2)가 팽창기우회밸브(V30)로 제어신호를 전달하면, 팽창기우회밸브(V30)는 자동으로 개폐될 수 있다.
물론, 수요처(300)에서 요구하는 압력에 따라, 팽창기(440)에서 배출되는 냉매의 온도가 미리 설정될 수 있고, 이에 따라 온도센서(TE) 가 팽창기우회밸브(V30)로 제어신호를 전달하면, 팽창기우회밸브(V30)는 자동으로 개폐될 수 있다.
수요처(300)에서 요구하는 압력에 따른 액화가스 저장탱크(100)의 온도 및 압력, 쿨링부(400)를 순환하는 냉매의 유량 및 온도 등은 미리 계산 또는 실험 등을 통해 설정될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 가스 처리 시스템(2)은, 수요처(300)에 필요한 증발가스의 양에 따라, 냉매의 온도를 조절할 수 있고, 결과적으로 액화가스 저장탱크(100)에서 공급되는 증발가스의 양을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 가스 처리 시스템(2)은, 미리 수요처(300)에서 필요한 증발가스의 양을 설정할 수 있으며, 그에 따라 액화가스 저장탱크(100)에서 공급되는 증발가스의 양을 자동으로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 가스 처리 시스템(2)은, 운영 비용이 높은 VFD(Variable Frequency Drive) 방식이 아닌, 팽창베슬(430)과 제1 팽창베슬밸브(V10) 또는 제2 팽창베슬밸브(V20)를 통해서 쿨링부(400)를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 가스 처리 시스템(2)은, 액화가스 저장탱크(100)의 압력을 유지하면서, 수요처(300) 전단의 압력에 따라, 수요처(300)로 일정량의 액화가스를 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 가스 처리 시스템(2)은, 수요처(300)의 요구량에 따라 일정량의 액화가스를 공급할 수 있어, 효율적으로 가스를 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 가스 처리 시스템(2)은, 별도의 강제 기화기를 구비하지 않아도 되므로, 강제 기화기를 사용할 경우 발생할 수 있는 스팀 가열 비용 등의 추가 비용을 줄일 수 있다.
본 발명은 상기에서 설명한 실시예로 한정되지 않으며, 상기 실시예들의 조합 또는 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지 기술의 조합을 또 다른 실시예로서 포함할 수 있음은 물론이다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 종래의 가스 처리 시스템 2: 본 발명의 가스 처리 시스템
10, 100: 액화가스 저장탱크 11: 리턴펌프
12, 110: 공급펌프
20, 200: 메인 압축기 30, 300: 수요처
40. 400: 쿨링부 41: 제1 열교환기
42: 제2 열교환기 410: 열교환기
43, 420: 컴프레서
44: 인터쿨러 45: 터보컴프레서
430: 팽창 베슬
46: 애프터쿨러 47, 440: 팽창기
50: 강제 기화기 60, 600: 기액분리기
L1: 액화가스 리턴라인 L2, L20: 증발가스 공급라인
L3, L30: 수요처 라인 L4, L40: 액화가스 공급라인
L5, L70: 기액분리기 상부라인 L6, L80: 기액분리기 하부라인
L90: 쿨링라인 L91: 팽창베슬라인
L92: 열교환기라인 L93: 제1 팽창기라인
L94: 제2 팽창기라인 L95: 팽창기우회라인
CV: 컨트롤밸브 PE1: 제1 압력센서
PE2: 제2 압력센서 TE: 온도센서
FE: 유량센서
V10: 제1 팽창베슬밸브 V20: 제2 팽창베슬밸브
V30: 팽창기우회밸브

Claims (8)

  1. 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크;
    상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축하여 수요처에 공급하는 메인 압축기;
    상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 배출하는 액화가스 공급라인; 및
    상기 액화가스 공급라인에 구비되어 액화가스의 온도를 조절하는 쿨링부;
    상기 쿨링부는,
    상기 액화가스 저장탱크의 액화가스와 냉매를 열교환시켜 액화가스 저장탱크의 액화가스의 온도를 조절하는 열교환기;
    냉매를 압축하는 컴프레서; 및
    냉매를 수용하거나 배출하여, 상기 쿨링부에서 순환하는 냉매의 양을 조절하는 팽창베슬;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 압축기와 상기 수요처 사이에 구비되는 제1 압력센서;
    상기 팽창베슬의 전단에는 제1 팽창베슬밸브가 구비되고,
    상기 팽창베슬의 후단에는 제2 팽창베슬밸브가 구비되고,
    상기 제1 압력센서는, 상기 제1 팽창베슬밸브 및 상기 제2 팽창베슬밸브로 제어신호를 보내, 상기 제1 팽창베슬밸브 또는 상기 제2 팽창베슬밸브의 개폐를 조절하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 팽창베슬밸브 또는 상기 제2 팽창베슬밸브는,
    상기 제1 압력센서에서 측정되는 압력과 상기 수요처에서 요구하는 압력에 따라 개폐가 조절되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 쿨링부는,
    냉매를 팽창시켜 냉매의 온도를 낮추는 팽창기; 및
    상기 팽창기를 우회하는 팽창기우회라인;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 액화가스 저장탱크에는 제2 압력센서가 구비되고,
    상기 팽창기우회라인에는 팽창기우회밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 팽창기우회밸브는,
    상기 제2 압력센서에서 측정되는 압력과 상기 수요처에서 요구하는 압력에 따라 개폐가 조절되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 팽창기우회밸브는,
    상기 팽창기와 상기 열교환기 사이에 구비된 온도센서에서 측정되는 냉매의 온도에 따라 개폐가 조절되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 상기 가스 처리 시스템을 포함하는 선박.
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